Actuellement on rencontre deux principaux types de relais selon leurs technologies de réalisation, les relais électromécaniques et les relais à semi-conducteurs ou relais statiques.

Les relais sont conçus pour supporter le courant du circuit électrique dans lequel ils sont insérés et effectuer la coupure du circuit électrique en charge, c'est à dire lorsque le circuit est parcouru par un courant électrique.

Les relais de type électromécanique comportent un ou plusieurs contacts électriques à déplacement mécanique, couplés à un élément mobile du circuit magnétique d'un électroaimant. La commande de l'électroaimant est effectuée par I'alimentation de sa bobine produisant un flux d'induction dans le circuit magnétique entraînant le déplacement de !'élément mobile et la fermeture ou l'ouverture des contacts électriques du relais.

La commutation par un relais électromécanique d'un circuit électrique en charge, et particulièrement lorsque le circuit est selfique, produit des arcs entre les contacts au moment de l'ouverture ou de la fermeture du circuit. Ce phénomène est couramment appelé étincelage.

L'étincelage entraîne I'apparition de charbon (charbonnage) entre les contacts, dû à la combustion des poussières ou des particules de matière au moment de I'arc. Une des conséquences du charbonnage est la dégradation de la qualité du contact par l'augmentation de la résistance au passage du courant.

Les relais statiques contrairement aux relais électromécaniques n'utilisent pas d'éléments mécaniques mobiles mais des composants semi- conducteurs capables d'effectuer l'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique dans lesquels ils sont insérés. Les relais statiques utilisent des composants semi-conducteurs tels que les triacs, les thyristors, les transistors, les MOS-thyristors connus sous la dénomination anglaise de <BR> <BR> <BR> « Insulated Gate Controlled Thyristor » ou « IGCT », les transistors bipolaires à grille isolée connus sous la dénomination anglaise de

« Insulated Gate Bipolar Transistor » ou « IGBT », les thyristors à<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> commande MOS connus sous la dénomination anglaise de a MOS Controlled Thyristor ou « MCT.

Ces types de composants semi-conducteurs, comportent deux entrées de puissance destinées à tre connectées à un circuit électrique et une entrée de commande mettant le composant semi-conducteur, lorsqu'il est inséré dans le circuit électrique par ses deux entrées de puissance, soit dans un état bloqué, soit dans un état passant entre ces deux entrées de puissance. Dans !'état bloqué, toute la tension du circuit électrique se trouve appliquée aux entrées de puissance du composant semi-conducteur et dans l'état passant le semi-conducteur est traversé par le courant du circuit électrique dans lequel il est inséré.

Les relais statiques comportent néanmoins un inconvénient par rapport aux relais électromécaniques. En effet, dans l'état passant (ou saturé), le composant semi-conducteur présente entre ses entrées de puissance, au passage du courant, une tension résiduelle de saturation produisant une dissipation d'énergie calorifique dans le composant semi- conducteur et une élévation de sa température. Par exemple dans un triac, cette tension résiduelle de saturation est de l'ordre de 1,5 volts. De ce fait, les relais statiques de puissances doivent tre utilisés conjointement avec des radiateurs thermiques pour évacuer l'énergie calorifique dissipée par le composant semi-conducteur et leur assurer ainsi une durée de vie suffisante.

Dans un autre type de relais appelé couramment relais hybride, le composant semi-conducteur est connecté en parallèle avec le contact électrique à déplacement mécanique du relais électromécanique. La commande du relais hybride provoque simultanément la mise à t'état passant du composant semi-conducteur qui absorbe t'arc de commutation et la fermeture du contact du relais qui court-circuite le composant semi- conducteur. Le contact présentant une très faible résistance, le courant du circuit électrique passe par le contact et non pas par le composant semi- conducteur qui se trouve désamorcé évitant ainsi son échauffement.

Néanmoins cette solution comporte des inconvénients. En effet une augmentation de la résistance entre les contacts du relais, dû à différents phénomènes comme par exemple le charbonnage, l'oxydation, le

vieillissement ou un défaut mécanique des contacts, provoque l'apparition d'une chute de tension entre les contacts qui peut tre suffisamment élevée pour amorcer le composant semi-conducteur en parallèle avec le contact et faire passer, d'une façon permanente, une partie, voir pratiquement la totalité du courant du circuit électrique dans le composant semi-conducteur, ce qui produit son échauffement voir sa destruction, s'il n'a pas été équipé d'un radiateur.

La présente invention permet de palier les inconvénients de fart antérieur en proposant un relais hybride de puissance destiné à tre inséré dans un circuit électrique, le relais hybride comprenant un contact électrique à déplacement mécanique, un composant semi-conducteur en parallèle sur le contact électrique à déplacement mécanique, des moyens pour commander d'une part la fermeture du contact et la mise en conduction du composant semi-conducteur en réponse à un premier signal de commande, et d'autre part l'ouverture du contact et la mise en conduction du composant semi-conducteur en réponse à un second signal de commande, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent des moyens pour : -générer à partir du premier signal de commande un signal de fermeture du contact ; -générer à partir du premier signal de commande, indépendamment du signal de fermeture, un premier signal de mise en conduction du composant commençant avant la fermeture du contact et se terminant après cette fermeture ; -générer à partir du second signal de commande un signal d'ouverture du contact ; -générer à partir du second signal de commande, indépendamment du signal d'ouverture, un deuxième signal de mise en conduction du composant commençant avant l'ouverture du contact et se terminant après cette ouverture.

Le relais relais hybride selon l'invention, peut fonctionner avec n'importe quel composant de puissance, à savoir, les triacs, les thyristors, mais aussi les transistors, les IGBT, les IGCT, les MCT.

Le relais hybride de puissance est réalisé de façon à générer, à partir du premier signal de commande du relais, le signal de fermeture du

contact et le premier signal de mise en conduction du composant, indépendament l'un de l'autre, ce qui permet d'effectuer une mise en conduction du composant semi-conducteur soit simultanement avec le signal de fermeture du contact, soit avant le signal de fermeture du contact. II en est de mme lors couverture du contact. Un avantage découlant de cette fonctionalité est que le temps de réaction du contact mécanique lors de l'apparition, soit du signal de fermeture, soit du signal d'ouverture, n'intervient pas. En effet dans le cas d'un rélais ayant un temps de reponse rapide, la mise en conduction du composant semi- conducteur peut tre déclanchée à ! a fermeture du contact, avant cette fermeture et à l'ouverture du contact, avant cette ouverture, ce qui assure un temps suffisant pour l'établissement du courant dans le semi- conducteur et ainsi effectuer soit l'ouverture soit la fermeture du contact avec un courant sensiblement nul.

Dans le cas d'un relais ayant un temps de réponse assez long pour que le courant soit établit dans le semi-conducteur, le signal de mise en conduction du composant semi-conducteur pourra tre émis simultanement avec soit le signal de fermeture, soit le signal d'ouverture du contact du relais.

Le relais hybride de puissance selon l'invention assure une commutation synchronisée entre le contact électrique à déplacement mécanique et le composant semi-conducteur en parallèle avec le contact.

Cette synchronisation supprime la quasi totalité de t'arc électrique pouvant se produire à l'ouverture ou à la fermeture du contact électrique. En effet l'ouverture ou la fermeture du contact n'est effectuée qu'au moment où le composant semi-conducteur est commandé dans t'état passant.

Le relais hybride de puissance selon l'invention comporte t'avantage de rendre inutile l'utilisation d'un radiateur pour le composant semi-conducteur, ce qui diminue le coût et la taille du relais hybride.

En effet, après la fermeture du contact, t'arrt du premier signal de mise en conduction du composant semi-conducteur empche que ce dernier puisse s'amorcer par l'apparition d'une chute de tension permanente à ses bomes, due par exemple au charbonnage ou à un défaut mécanique permanent du contact, évitant ainsi le passage du courant du circuit

électrique dans le composant semi-conducteur et le protégeant d'un échauffement anormal voir d'une destruction.

Un autre avantage de l'arrt du premier signal de mise en conduction du composant semi-conducteur entraînant sa mise à t'état bloqué, après la fermeture du contact, réside dans le fait de forcer le passage du courant du circuit électrique par le contact, ce qui assure le nettoyage du contact par la destruction des particules de matière carbonisée dues au charbonnage.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci la lecture de la description d'exemples de relais dans lesquels : -la figure 1 représente un synoptique d'un relais hybride de puissance selon l'invention ; -la figure 2 représente un schéma électrique d'un exemple de réalisation d'un relais hybride de puissance selon l'invention ; -les figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f et 3g, représentent les diagrammes de fonctionnement du relais hybride de puissance de la figure 2.

Un relais hybride de puissance 10 comporte deux bornes A et B destinés a tre insérées dans un circuit électrique CE. L'ouverture ou la fermeture du relais hybride est effectuée par une entrée de commande ER du relais hybride 10.

Le relais hybride 10 comporte essentiellement : -un contact électrique 20 à déplacement mécanique, connecté entre les deux bomes A et B du relais hybride ; -une bobine 22 actionnant le contact 20 afin d'effectuer sa fermeture ou son ouverture ; -un composant semi-conducteur 30, comportant deux entrées de puissance E1 et E2, connecté en parallèle avec le contact 20 par ces deux entrées de puissance, et une entrée de contrôle EC pour sa mise en conduction.

Des moyens de commande comportent un circuit de commande 40 ayant t'entrée de commande ER du relais hybride, une première sortie X1 attaquant t'entrée de contrôle EC du composant semi-conducteur 30 et une seconde sortie X2 alimentant la bobine 22.

Le relais hybride de puissance 10 peut comporter en outre une protection 50 connectée entre les bomes A et B afin de protéger le relais

hybride des éventuelles surtensions pouvant apparaître sur le réseau électrique CE.

Le composant semi-conducteur 30 peut tre choisi parmi les triacs, les thyristors, les transistors, les IGBT, les IGCT, les MCT et peut tre associé à un ou plusieurs composants semi-conducteurs du mme type afin d'assurer la fonctionnalité du relais hybride de puissance selon le type de circuit électrique dans lequel le relais hybride se trouve inséré.

Par exemple deux thyristors montés en parallèle tte bche seront utilisés dans un circuit à courant alternatif.

Le relais hybride de puissance selon l'invention comporte t'avantage d'assurer la synchronisation de la commande du contact à déplacement mécanique et du composant semi-conducteur en tenant compte d'impératifs fiés au circuit électrique ou aux charges connectées sur le circuit électrique.

Par exemple dans le cas d'un circuit électrique fonctionnant sous une tension alternative, les moyens de commande sont configurés pour assurer une commutation du relais hybride en moment du passage par une valeur proche de 0 volt de la tension du circuit électrique.

En effet la fermeture du relais hybride à un instant quelconque de la période de la tension alternative du circuit électrique, et en particulier lorsque cette tension est au maximum, provoque un brusque établissement du courant dans le circuit électrique pouvant présenter des inconvénients pour les équipements connectés au circuit électrique, voir pour le circuit électrique lui mme. Nous pouvons citer à titre d'exemple le cas d'un circuit fonctionnant en courant altematif à 50 Hertz comportant des charges capacitives provoquant un fort appel de courant lorsqu'on leur applique un front de tension raide, au moment de la commutation du relais.

La figure 2 représente un schéma électrique d'un relais hybride 60 de puissance, selon l'invention utilisant un triac en parallèle avec le contact à déplacement mécanique et comportant des moyens de commande utilisant un microcontrôleur.

Le microcontrôleur comporte t'avantage d'intégrer dans le relais hybride une certaine intelligence permettant de tenir compte de nombreux paramètres liés aux caractéristiques du relais hybride, et à celles du circuit électrique dans lequel le relais hybride se trouve inséré.

Dans t'exempte de réalisation de la figure 2 le relais hybride 60 est inséré dans un circuit électrique à courant altematif comportant deux voies une première voie V1 et une seconde voie V2 sous une tension Ue entre ces voies. Les voies V1 et V2 alimentent des charges non représentées sur la figure 2.

Le relais hybride 60 est inséré dans la première voie V1 respectivement par une première bome d'entrée SA du côté de la source de tension Ue et par une première borne de sortie CA du côté des charges, et dans la seconde voie V2 respectivement par une seconde borne d'entrée SB du côté de la source de tension Ue et par une seconde bome de sortie CB du côté des charges.

Le relais hybride 60 comporte un contact 70 à déplacement mécanique en parallèle avec un triac 80, I'ensemble constitué par le contact 70 en parallèle avec le triac 80 étant inséré dans la première voie V1 entre la première bome d'entrée SA et la première bome de sortie CA, I'ensemble assurant l'ouverture ou la fermeture de la première voie V1. La seconde voie V2 traverse sans interruption le relais hybride, entre la seconde bome d'entrée SB et la seconde borne de sortie CB.

Les moyens de commande du relais hybride sont alimentés à partir de la tension Ue du circuit électrique dans lequel le relais hybride est inséré par un circuit d'alimentation 90 et un circuit de régulation 92.

Le circuit d'alimentation 90 est connectée entre les voies V1 et V2 du circuit électrique sous la tension Ue foumissant à partir de la tension Ue et à travers une capacité C1, l'énergie nécessaire à l'alimentation des moyens de commande du relais hybride. Un côté du circuit d'alimentation 90 étant connecté à la première bome d'entrée SA et l'autre côté à la seconde bome d'entrée SB.

Le circuit d'alimentation 90 foumit selon un schéma connu, une tension d'alimentation VL continue sensiblement constante entre une première ligne L1 et une seconde ligne L2. La seconde ligne L2 sera considéré comme étant à un potentiel Vo de référence. Le circuit de régulation 92 est connecté entre la première ligne L1 et la seconde ligne L2 sous la tension d'alimentation VL et foumit sur une troisième ligne L3, une tension régulée VC par rapport à la seconde ligne L2 au potentiel Vo de

référence. La tension VC assure I'alimentation d'un microcontrôleur 100 des moyens de commande du relais hybride.

Les moyens de commande du relais hybride comportent essentiellement le microcontrôleur 100 ayant -une première entrée logique E1 recevant une information de commande d'ouverture (premier signal de commande établi sur t'entrée E1) et de fermeture (deuxième signal de commande établi sur t'entrée E1) du relais hybride ; -une seconde entrée logique E2 recevant des impulsions IP, d'un circuit de détection 102 fournissant au microcontrôleur 100 des informations permettant de déterminer d'une part l'état de l'ensemble constitué par le triac 80 en parallèle avec le contact 70 et d'autre part le passage de la tension Ue du circuit électrique par une valeur proche de 0 volts. Le circuit de détection comporte une paire de photodiodes D6 et D7 montées en parallèle tte bche couplées optiquement à un phototransistor Q6, cette paire de photodiodes étant en série avec un circuit de type RC série constitué par une résistance R17 et une capacité C6, la paire de photodiodes et le circuit RC étant connecté en parallèle sur l'ensemble du triac 80 en parallèle avec le contact 70. Dans cette réalisation du relais hybride 60, la résistance R17 a une valeur d'environ 47 ohms et la capacité C6 a une valeur d'environ 10 nanofarads.

-une première sortie logique S1 foumit un premier signal de mise en conduction du triac 80 en réponse à l'application sur t'entrée E1 du premier signal de commande (ordre de fermeture du relais) ; la sortie S1 foumit également un deuxième signal de mise en conduction du triac 80 en réponse à l'application sur t'entrée E1 du second signal de commande (ordre d'ouverture du relais). Cette sortie S1 attaque une entrée des moyens de commande de mise en conductions du triac 80. Ces moyens comportent un premier transistor suiveur Q3 connecté par sa base d'une part, à la première sortie logique S1 à travers une résistance de base R7, et d'autre part au potentiel Vo de référence à travers une résistance R4, I'émetteur du premier transistor suiveur Q3 étant connecté au potentiel Vo de référence et le collecteur à une entrée 110 d'un générateur de courant de gâchette 112, une sortie 114 du générateur de courant de gâchette 112 étant connecté à

la gâchette G du triac 80 au potentiel de la première voie V1 du côté de la source de tension Ue ; -une deuxième sortie logique S2 foumit un signal de fermeture du contact (état haut sur S2), en réponse à l'établissement sur t'entrée E1 du premier signal de commande, et un signal d'ouverture du contact (état bas sur S2), en réponse à l'établissement du second signal de commande sur t'entrée E1. La sortie S2 attaque une entrée des moyens d'alimentation d'une bobine 72 actionnant le contact 70 à déplacement mécanique. Ces moyens comportent un second transistor suiveur Q4 connecté par sa base d'une part, à la deuxième sortie logique S2 à travers une résistance de base R8, et d'autre part au potentiel Vo de référence à travers une résistance R6, l'émetteur du second transistor suiveur Q4 étant connecté au potentiel Vo de référence, et le collecteur, à travers une diode électroluminescente D8, à une première borne d'alimentation 118 de la bobine 72, une seconde bome d'alimentation 120 de la bobine 72 étant connectée à la première ligne L1, à la tension d'alimentation VL.

Le relais hybride 60 comporte une entrée de commande ayant deux bomes de commande GN et IN sur lesquelles on applique une tension dont le niveau sert à établir les signaux de commande sur t'entrée E1 du mivocontrôleur. Entre les bomes GN et IN se trouve connectée une résistance R15 en série avec une photodiode D5 couplée optiquement à un phototransistor Q5 d'un premier photocoupleur U1. Le premier photocoupleur U1 assure un isolement galvanique entre l'entrée de commande du relais hybride et ses éléments sous la tension Ue du circuit électrique.

Le phototransistor Q5 est connecté par son collecteur à la troisième ligne L3 à la tension régulée VC, et par son émetteur, d'une part par l'intermédiaire d'une résistance R14 à la deuxième ligne L2 au potentiel Vo de référence, et d'autre part à la première entrée logique E1 du microcontrôteur 100, cette première entrée logique E1 recevant l'information de commande d'ouverture ou de fermeture du relais hybride.

Une tension de commande Tc appliquée entre les deux bomes GN et IN de commande du relais hybride produit un courant Ic dans la photodiode D5 suffisant pour I'allumer et saturer le phototransistor Q5.

La saturation du phototransistor Q5 fait passer son émetteur et la première entrée logique E1 du microcontrôleur du potentiel Vo de référence, au potentiel régulé VC, correspondant à un changement d'état logique de la première entrée E1 qui passe de t'état 0 à t'état 1. Ce changement d'état de la première entrée E1 est pris en compte par le microcontrôleur qui déclenche une séquence de fermeture du relais hybride 60.

Un deuxième photocoupleur U2 faisant partie du circuit de détection 102 assure la génération des impulsions IP de niveau logique appliqués à la deuxième entrée logique E2 du microcontrôleur 100. Ces impulsions de niveau logique permettent au microcontrôleur de déterminer d'une part, le changement de polarité de la tension Ue du circuit électrique (passage par une tension Ue proche de 0 volts) et d'autre part t'état de 1'ensemble constitué par le contact 70 en parallèle avec le triac 80.

A cet effet le photocoupleur U2 comporte la paire des photodiodes D6 et D7 montées en parallèle tte-bche couplées optiquement au phototransistor Q6, un côté de la paire de photodiodes étant connecté à travers une capacité C6 sur la première voie V1, du côté de la première bome de sortie CA du relais hybride, I'autre côté de la paire étant connecté à travers une résistance R17 à la première voie V1 du côté de la première bome d'entrée SA du relais hybride. Une tension V apparaissant aux bomes de 1'ensemble constitué par le contact 70 en parallèle avec le triac 80 se trouve appliquée au circuit de détection 102.

Le phototransistor Q6 est commandé d'une part par une des photodiodes de la paire des photodiodes D6 et D7, lors d'une des deux alternances de la tension V et d'autre part par l'autre photodiode de ladite paire D6 et D7, lors de l'autre altemance de la tension V.

Le phototransistor Q6 est connecté par son collecteur à la troisième ligne L3 sous la tension régulée VC, et par son émetteur, d'une part à la deuxième ligne L2 au potentiel Vo de référence par l'intermédiaire d'une résistance R16, et d'autre part à la deuxième entrée logique E2 du microcontrôleur 100.

Lorsque le phototransistor Q6 est saturé, la tension appliquée à la deuxième entrée E2 est sensiblement égale à la tension régulée VC (6tat 1) et lorsque le phototransistor Q6 est bloqué, elle est sensiblement égale au potentiel Vo de référence (état 0).

Lorsque le relais hybride est au repos le contact 70 est ouvert et le triac 80 est à t'état bloqué. La première voie V1 du circuit électrique étant interrompue par le relais hybride, la tension V est sensiblement égale à la tension Ue du circuit électrique, produisant un courant Id dans le circuit de détection 102. Le courant Id allume les photodiodes D6 et D7 respectivement lors de l'une et de l'autre alternance de la tension V sauf pendant une courte période de temps correspondant au passage par un maximum de tension Vm. En effet le courant dans la capacité C6 devient nul lorsque la dérivée de la tension V passe par 0, soit lorsque la tension V cesse de croître en passant par une tension maximum Vm pour diminuer.

Pendant un court instant au passage par la tension maximum Vm, les deux photodiodes D6 et D7 sont éteintes et le phototransistor Q6 se bloque produisant une impulsion Im sur la seconde entrée logique E2 du microcontrôleur dont la tension passe d'une tension sensiblement égaie à ta tension régulée VC à une tension proche du potentiel Vo de référence, pour revenir à la tension régulée VC et ceci à chaque alternance tant que le relais hybride est ouvert.

Lors d'une demande de fermeture du relais hybride à un instant to, le microcontrôleur 100, calcule à partir du temps to, d'un temps tm auquel s'est produit la dernière impulsion Im, et de la période T de la tension Ue du circuit électrique, le temps nécessaire à attendre pour effectuer la mise à t'état saturé du triac 80, à un moment où la tension Ue se trouve proche de 0 volts, évitant ainsi l'apparition de fronts raides de commutation dans le circuitélectrique.

Lorsque le triac 80 est dans t'état passant, le contact 70 étant encore ouvert, des variations de la tension V apparaissent au moment du changement d'altemance d'une amplitude égale à la tension de saturation u1 du triac 80, de l'ordre de 1,5 volts.

Ces variations de tensions V sont transmises par la capacité C6, du circuit de détection 102, allumant respectivement l'une et l'autre des photodiodes de la paire des photodiodes D6 et D7, cette fois, lors du changement d'altemance. L'émetteur du phototransistor Q6 transmet ces impulsions à la seconde logique E2 du microcontrôleur 100 qui seront utilisées par le microcontrôleur 100 pour déterminer t'état du contact 70.

Lorsque le contact 70 est fermé, aucune impulsion sera détectée par le deuxième photocoupleur U2, la tension V étant pratiquement égale à 0 volts. Le phototransistor Q6 est à t'état bloqué et la tension sur la seconde entrée logique E2 reste constante et environ égale à là tension de référence.

Nous allons par la suite, décrire le fonctionnement du relais hybride 60 de la figure 2 en référence aux figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f et 3g représentant des diagrammes d'état et des tensions en fonction d'un temps t, de différents éléments du relais hybride de puissance.

Le relais hybride est utilisé dans un circuit électrique de tension Ue alternative à la fréquence de 50 Hertz. La période T de I'altemance. est dans cet exemple de 20 millisecondes.

Le diagramme de la figure 3a montre la tension Ue appliquée aux bomes d'entrées SA et SB du relais entre les deux voies V1 et V2, en fonction du temps t et autour d'une valeur proche de 0 volts, lors du changement de polarité de la tension Ue Le diagramme de la figure 3b montre la tension V aux bomes de l'ensemble constitué par le contact 70 en parallèle avec le triac 80, inséré dans la première voie V1, entre la première bome d'entrée SA et la première bome de sortie SB.

Avant un instant initial to : -le relais hybride est au repos et à t'état ouvert, toute la tension Ue du circuit électrique se trouve appliquée aux bornes du contact 70 et du triac 80, la tension V est sensiblement égale à la tension Ue ; -le courant Ic dans la photodiode D5 est nul, aucune tension de commande étant appliquée entre les bornes de commande GN et IN du relais hybride ; -la première entrée logique E1 du microcontrôleur 100 est à t'état 0 (voir figure 3c), la première sortie logique S1 et la seconde sortie logique S2 du microcontrôteur 100 sont à t'état 0.

A un instant to initial, on souhaite dans une première phase, fermer le relais hybride 60 en appliquant la tension de commande Tc entre les bomes de commande GN et IN du relais hybride. Le courant de commande Ic traverse la photodiode D5 qui s'allume, saturant le phototransistor Q5 du premier photocoupleur U1. Pratiquement à cet instant to, en faisant

abstraction du temps de réponse du photocoupleur U1, la première entrée logique E1 du microcontrôleur passe de t'état 0 à t'état 1, se traduisant par l'apparition d'un potentiel de niveau logique (environ la tension régulée VC) appliqué à cette première entrée logique E1 (voir figure 3c).

Le microcontrôleur 100 est programmé, dans cette réalisation du relais hybride 60, pour commander le passage du triac 80 à t'état passant, lors d'une commande de fermeture du relais hybride, que lorsque la tension Ue du circuit électrique passe par un niveau proche de 0 volts. Soit t1 1'instant ou s'effectue le premier passage par 0 volts de la tension Ue (voir figure 3a), après l'instant to commandant la fermeture du relais.

A cet instant t1 le microcontrôleur 100 fait passer la première sortie logique S1 de l'état 0 à t'état 1 (voir la figure 3d) et la seconde sortie logique S2 de t'état 0 à l'état 1 (voir figure 3e).

Le passage à l'instant t1, de la première sortie logique S1 à t'état 1, applique un potentiel de niveau logique haut à la base du premier transistor suiveur Q3 à travers la résistance de base R7.

A l'instant t1 le premier transistor suiveur Q3 se sature mettant t'entrée 110 du générateur de courant 112 au potentiel Vo de référence faisant passer par la sortie 114 du générateur de courant, un courant Ig dans la gâchette du triac 80.

A cet instant t1, le triac sous la tension Ue, s'amorce. Cet amorçage est représenté par le diagramme de la figure 3f montrant le passage du triac 80 d'un état 0, ou état bloqué (avant t1) à un état 1, ou état passant à l'instant t1.

Au mme instant t1, la seconde sortie logique S2 passant à t'état 1 applique un potentiel de niveau logique haut à travers la résistance de base R8, à la base du second transistor suiveur Q4 qui se sature, faisant passer un courant lb dans la bobine 72, les bomes d'alimentation 118 et 120 de la bobine étant connectées respectivement à la tension d'alimentation VL et au potentiel Vo de référence.

Le diagramme de la figure 3e représente t'état de la seconde sortie logique S2 ainsi que t'état de I'alimentation de la bobine 72. Avant l'instant t1 le courant Ib dans la bobine 72 est sensiblement nul, correspondant à un état 0 sur le diagramme de la figure 3e et à l'instant t1, le courant Ib traverse la bobine 70, correspondant à un état 1.

La bobine 72 étant alimentée, produit la fermeture du contact 70 après un délai T1, correspondant à un temps de réponse à la fermeture du contact 70. En général ce retard T1 est de l'ordre de 5 ms pour les relais de série. La fermeture du contact s'effectue au temps t2 égal t1 + T1.

La fermeture du contact 70 à l'instant t2 est représentée par diagramme de la figure 3g dans lequel un contact ouvert correspond à un état 0 et un contact fermé à un état 1.

La fermeture du contact 72 à l'instant t2 court-circuité le triac 80 qui se trouve alors désamorcé pratiquement au mme instant t2, et il n'est plus traversé par le courant du circuit électrique. Sur le diagramme de la figure 3f, le triac 80 est représenté passant de t'état 1 à t'état 0 au temps t2. il est a remarquer que la fermeture du contact 70 ou temps t2 s'est effectuée alors que le courant dans le circuit électrique est déjà établi (au temps t1) à travers le triac 80, donc sans arc pour le contact 70.

Le microcontrôleur maintient la commande du courant Ig de gâchette du thyristor (première sortie logique S1 à t'état 1) pendant un délai de sécurité (quelques millisecondes) jusqu'à un temps t3 auquel la première sortie logique S1 passe de t'état 1 à t'état 0 interrompant le courant Ig de gâchette du triac 80 et empchant ainsi un éventuel amorçage du triac 80, dans le cas d'apparition d'une tension permanente entre ses bomes comme par exemple une tension résiduelle due au charbonnage du contact 70.

La commande de mise en conduction du triac 80 s'est effectuée pendant un premier laps de temps commençant avant la fermeture du contact 70, au temps t1 et se terminant après sa fermeture, ou temps t3.

Le diagramme de-la figure 3b montre les variations de la tension V aux bomes du triac 80 en parallèle avec le contact 72, pendant cette première phase de fermeture du relais hybride 60.

Entre les temps to et t1 toute la tension Ue se trouve appliquée aux bomes du triac 80, entre les temps t1 et t2 le triac étant à t'état passant et le contact ouvert la tension V est sensiblement égale à la tension résiduelle- u1 de conduction du triac soit environ-1,5 volts et à partir du temps t3, le contact 70 court-circuitant la triac 80, la tension V devient très faible égale à une tension résiduelle u2 due au passage du courant dans le contact 70.

Cette tension résiduelle est pour la plupart des contacts à déplacement mécanique inférieure à quelques millivolts.

A un instant t4, dans une seconde phase, on souhaite effectuer l'ouverture du relais hybride 60. A cet instant t4, la tension de commande Tc n'est plus appliquée aux bornes de commande GN et IN du relais hybride, le courant Ic devenant nul, la photodiode D5 s'éteint bloquant le phototransistor Q5 qui fait passer la première entrée logique E1 du microcontrôteur à t'état 0 (voir figure 3c).

Le microcontrôteur 100 fait passer à l'instant t4 la première sortie logique S1 à t'état 1 qui entraîne I'application par le générateur de courant 112 du courant Ig à la gâchette du triac 80. Le triac 80 reste désamorcé par le fait qu'il est court-circuit6 par le contact 70 encore fermé.

Au mme-instant t4 le microcontrôleur 100 fait basculer la seconde sortie logique S2 à t'état 0 interrompant I'alimentation de la bobine 72 et après un délai T2 lié au temps de réponse à l'ouverture du contact 70, de l'ordre de 10 ms pour un relais de série, ce dernier s'ouvre à l'instant t5 égal ci t4 + T2, amorçant le triac 80 à t'état passant. (figure 30.

Le courant dans la première voie V1 passe à l'instant t5 par le triac 80 amorcé, supprimant la quasi totalité de t'arc aux bornes du contact 70.

Le microcontrôleur maintien la commande du courant Ig de gâchette du triac 80 (première sortie S1 à l'état 1) pendant un nouveau délai de sécurité (quelques millisecondes) jusqu'à un temps t6 auquel la première sortie logique S1 passe de t'état 1 à t'état 0 interrompant le courant lg de gâchette du triac 80.

A un instant t7 suivant, correspondant à la première inversion de polarité de la tension Ue après le temps t6, le triac 80 se désamorce par le passage par environ 0 volt de la tension V à ses bornes. Le triac 80 reste par la suite à t'état bloqué, n'étant plus commandé et mettant le relais hybride à t'état ouvert tel qu'il était avant l'instant t0.

La commande de mise en conduction du triac 80 s'est effectuée pendant un second laps de temps commençant avant l'ouverture du contact 70, ou temps t4 et se terminant après sont ouverture ou temps t6.

Le diagramme de la figure 3b montre la tension V aux bomes du triac pendant cette seconde phase d'ouverture du relais hybride 60.

Avant l'instant t5, le relais hybride étant à t'état fermé, le contact 70 court-circuite le triac 80 la tension V est égal à la tension résiduelle u2 du contact 70.

Après le temps t5 jusqu'au temps t7, le contact 70 étant ouvert et le triac 80 à l'état passant, la tension V est égal à la tension résiduelle u1 aux bomes du triac soit environ 1,5 volts. Après le temps t7 le contact étant ouvert et le triac à l'état bloque la tension V est sensiblement égale à la tension Ue du circuit électrique.

Le mivocontrôleur 100 assure à I'aide du circuit de détection 102 une fonctionnalité supplémentaire de sécurité du relais hybride.

En effet lorsque le contact 70 est à t'état fermé, aucune impulsion est appliquée à la seconde entre logique E2 du mirocontrôleur, le contact 70 court-circuitant le thyristor 80 qui est désamorcé et n'est pas commandé.

Une ouverture intempestive et transitoire du contact de relais, par exemple due à un choc ou à une action manuelle sur le contact, fait apparaître toute la tension du circuit électrique aux bornes du contact 70 au moment de son ouverture produisant un arc électrique, avec les dégradations connues sur le contact. Cette variation brusque de tension aux bomes du contact 70 est transformée en une variation de courant dans la capacité C6 du circuit de détection 102 produisant par l'intermédiaire du photocoupleur U2 une impulsion de niveau logique sur la seconde entrée logique E2 du microcontrôteur 100. Le microcontrôleur considère cette impulsion et fait passer la première sortie logique S1 à t'état 1 pendant un court instant de temps pendant lequel le contact est ouvert, appliquant pendant ce mme court instant le courant Ig dans la gâchette du triac 80 et la mise a t'état passant du triac, ce qui à comme avantage de supprimer t'arc se produisant sur le contact 70.

Cette sécurité supplémentaire assure une meilleure fiabilité et une plus longue durée de vie du relais dans les cas d'utilisation dans un environnement perturbé.

Le relais hybride 60 de puissance est équipé de diodes électroluminescentes indiquant son état.

La diode électroluminescente D8 (verte) indique lorsqu'elle se trouve éclairé, la fermeture du relais hybride.

Une diode électroluminescente rouge D10 commandée par une troisième sortie logique S3 du microcontrôleur 100 indique un fonctionnement anormal du relais hybride, l'information de fonctionnement anormal est transmise à l'extérieur du relais par une borne de contrôle OUT

isolée galvaniquement des éléments sous tension Ue du relais hybride par un troisième photocoupleur U3.

La réalisation du relais hybride 60 de puissance n'est pas limitative et d'autres versions plus simples peuvent tre réalisées, utilisant par exemple exclusivement des composants discrets ou des logiques câblées, un système à mirocontrôleur permettant de tenir compte de nombreux paramètres liés au relais hybride ou du type de circuit électrique dans lequel il se trouve inséré.

Dans d'autres réalisations du relais hybride, le contact à déplacement mécanique et la bobine sont contenus dans un boîtier étanche rempli d'un liquide à haut pouvoir diélectrique. Le contact et la bobine plongés dans le liquide, présente t'avantage de diminuer le bruit acoustique de commutation, d'augmenter considérablement le nombre de manoeuvres en charge du relais hybride passant en moyenne de 100 000 à 10 millions de manoeuvres et augmenter les performances du relais sur le plan du pouvoir de coupure.